(57)【要約】【課題】  空間フィルタの光軸がずれない安価な光学式画像処理装置及び処理方法を提供する。【解決手段】  レーザ光源２０から発光されるコヒーレントなレーザビーム光１を第１の空間光変調器２に照射し、第１の空間光変調器２に与える所望の画像情報に基づいてレーザビーム光１を空間光変調し、その空間光変調されたレーザビーム３を第１のレンズ４で絞り、第１のレンズ４の焦点面において結ばれるフーリエ変換像を第２の空間光変調器６によってフーリエ変換像の一部のみを透過させ、透過させたフーリエ変換像を第２のレンズ７で結像させる光学式画像処理方法において、第１の空間光変調器２に与える画像情報に予め画像を回転させる前回転処理を行うと共に、第２のレンズ７で結像させた画像を回転させる後回転処理を行う光学式画像処理方法及び処理装置である。【選択図】      図１
2005157079.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
コヒーレントなレーザビーム光を第１の空間光変調器に照射し、上記第１の空間光変調器に与える所望の画像情報に基づいて上記レーザビーム光を空間光変調し、その空間光変調されたレーザビームを第１のレンズで絞り、上記第１のレンズの焦点面において結ばれるフーリエ変換像を第２の空間光変調器によって上記フーリエ変換像の一部のみを透過させ、透過させた上記フーリエ変換像を第２のレンズで結像させる光学式画像処理方法において、上記第１の空間光変調器に与える画像情報に予め画像を回転させる前回転処理を行うと共に、上記第２のレンズで結像させた画像を回転させる後回転処理を行うことを特徴とする光学式画像処理方法。
【請求項２】
コヒーレントなレーザビーム光を照射するレーザ光源と、照射されたレーザビーム光を所望の画像情報に基づいて空間光変調する第１の空間光変調器と、上記第１の空間光変調器により空間光変調されたレーザビームを絞る第１のレンズと、上記第１のレンズの焦点面において結ばれるフーリエ変換像の一部のみを透過させる第２の空間光変調器と、透過させた上記フーリエ変換像を結像させる第２のレンズと、上記第２のレンズで結像させた画像を得るカメラとを備えた光学式画像処理装置において、上記第１の空間光変調器に与える画像情報に予め画像を回転させる前回転処理を行う前処理手段と、上記カメラで得られた画像を回転させる後回転処理を行う後処理手段とを備えたことを特徴とする光学式画像処理装置。
【請求項３】
上記第２の空間光変調器が固定されたスリット板である請求項２記載の光学式画像処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、画像処理に係り、特に光学式画像処理方法及び処理装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の光学式画像処理方法の例として、図３に示すようなものがある。
【０００３】
レーザビーム光源２０より、レーザビームの断面強度分布が均一になるように平行ビームに為されたコヒーレントなレーザビーム光１を、画像表示デバイス１２に照射させる。
【０００４】
この画像表示デバイス１２は、レーザビームの断面に沿って、所望の画像で光の強度、位相、又は偏光などの物理量を変化させる。代表的な画像表示デバイスとして空間光変調器があり、この空間光変調器に所望の画像情報を与えることによりこれらいずれかの物理量を変化させて、レーザビーム光１を空間光変調する。画像表示デバイスの形態として、透過型、反射型のものが周知であるが、ここでは透過型の空間光変調器で説明を進める。
【０００５】
画像表示デバイス（空間光変調器）１２で空間光変調されたレーザビーム１３を第１のレンズ４で絞ると、焦点面において図示しないフーリエ変換像が現れる。焦点面に空間フィルタ１６を配置し、焦点面に現れたフーリエ変換像の内の一部を透過させる。
【０００６】
空間フィルタ１６としては、スリット板や空間光変調器が用いられる。透過させたい所望領域の形状は、実施したい画像処理の種類によって各々異なるが、ここではエッジ処理することとして、細長い２本のスリットが設けられたスリット板を選択する。
【０００７】
空間フィルタ１６のスリット板を透過させたフーリエ変換像を第２のレンズ７により再結像させた後、この結像をカメラ９において撮影することでカメラ観察画像１８が得られる。空間フィルタ１６のスリットがある方向に伸びている場合、画像表示デバイス１２に照射した画像の内でスリット長手方向に直交する方向（これは、即ちスリット幅方向に当たる。）に伸びるエッジが強調されたカメラ観察画像１８が得られる。
【０００８】
別の方向、角度のエッジ強調を行いたい場合には、空間フィルタ１６のスリットの幅方向が強調させたいエッジの角度となるように空間フィルタ１６を光軸の回りに回転させる。空間フィルタ１６のスリットの幅方向を強調させたいエッジの角度に回転させることで、像は回転せずに所望の角度方向のエッジのみが強調された画像となる。
【０００９】
空間フィルタ１６として空間光変調器を使用する際には、空間光変調をかけることにより回転させたスリットを空間光変調器に表示する。即ち、空間光変調器に表示されるスリットは、スリット板を回転させてスリットを或る角度に設定した場合と同様のスリット形状、スリット角度となる擬似的なスリットが形成されたものである。
【００１０】
この空間光変調器に表示された擬似的スリットにより、フーリエ変換像はスリット板を像が透過する場合と同様に擬似的スリットを透過し、特定方向のエッジ強調がなされる。
【００１１】
０度、４５度、９０度の方向のエッジを強調したときの空間フィルタ１６とカメラ観察画像１８を図４に示す。
【００１２】
図４は、左から順番に強調させたいエッジの角度、画像表示デバイス１２に表示・透過された画像の状態、空間フィルタ１６のスリット角度の状態、得られたカメラ観察画像１８を示し、上から順にエッジ角度が、０度、４５度、９０度であることを示している。
【００１３】
例えば、エッジ角度４５度の欄を横に辿って行くと、画像表示デバイス１２が横長の画像を表示していることが分かり、空間フィルタ１６がスリット幅方向の向きを４５度回転させた状態となっており、これらの画像処理で得られたカメラ観察画像１８が４５度方向のエッジが強調されたものとなっていることがそれぞれ分かる。
【００１４】
なお、この出願の発明に関連する先行技術文献情報としては、次のものがある。
【００１５】
【特許文献１】特表２００３−５００６９８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
しかしながら、空間フィルタ１６がスリット板の場合には、スリット板を機械的に回転させるため、回転の振動等による光軸ずれなどが発生し、画像精度の信頼性に問題があった。
【００１７】
また、空間フィルタ１６として空間光変調器を用いる場合、空間光変調器が高価な部材であるため、画像処理装置の製造コストが高騰すると云う問題があった。
【００１８】
そこで、本発明の目的は、空間フィルタの光軸がずれない安価な光学式画像処理方法及び処理装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
本発明は上記目的を達成するために創案されたものであり、第１の発明は、コヒーレントなレーザビーム光を第１の空間光変調器に照射し、上記第１の空間光変調器に与える所望の画像情報に基づいて上記レーザビーム光を空間光変調し、その空間光変調されたレーザビームを第１のレンズで絞り、上記第１のレンズの焦点面において結ばれるフーリエ変換像を第２の空間光変調器によって上記フーリエ変換像の一部のみを透過させ、透過させた上記フーリエ変換像を第２のレンズで結像させる光学式画像処理方法において、上記第１の空間光変調器に与える画像情報に予め画像を回転させる前回転処理を行うと共に、上記第２のレンズで結像させた画像を回転させる後回転処理を行う光学式画像処理方法である。
【００２０】
第２の発明は、コヒーレントなレーザビーム光を照射するレーザ光源と、照射されたレーザビーム光を所望の画像情報に基づいて空間光変調する第１の空間光変調器と、上記第１の空間光変調器により空間光変調されたレーザビームを絞る第１のレンズと、上記第１のレンズの焦点面において結ばれるフーリエ変換像の一部のみを透過させる第２の空間光変調器と、透過させた上記フーリエ変換像を結像させる第２のレンズと、上記第２のレンズで結像させた画像を得るカメラとを備えた光学式画像処理装置において、上記第１の空間光変調器に与える画像情報に予め画像を回転させる前回転処理を行う前処理手段と、上記カメラで得られた画像を回転させる後回転処理を行う後処理手段とを備えた光学式画像処理装置である。
【００２１】
第３の発明は、上記第２の空間光変調器が固定されたスリット板であるものである。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によれば、空間フィルタの光軸がずれない安価な光学式画像処理方法及び処理装置を得られる優れた効果を発揮する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
以下、本発明の好適実施の形態を添付図面にしたがって説明する。
【００２４】
図１は、本発明の好適実施の形態を示す光学式画像処理装置である。
【００２５】
図示したように光学式画像処理装置は、コリメートされたレーザビーム光１を発光、照射するレーザ光源２０と、レーザ光源２０からのレーザビーム光１を所望の画像情報に基づいて空間光変調してレーザビーム３として出力する第１の空間光変調器２と、その第１の空間光変調器２からのレーザビーム３を絞る第１のレンズ４と、第１のレンズ４で絞られたレーザビーム３が第１のレンズ４の焦点面において結ばれるフーリエ変換像の一部分のみを透過させることにより空間光変調する第２の空間光変調器である空間フィルタ６と、空間フィルタ６を透過したフーリエ変換像を再結像させる第２のレンズ７と、第２のレンズ７で再結像させた画像を得るためのカメラ９と、第１の空間光変調器２に与える画像情報に予め画像を回転させる前回転処理を行う図示しない前処理手段と、カメラ９で得られた画像（以下、カメラ観察画像と云う。）８を回転させるための図示しない後処理手段とを備えて構成される。
【００２６】
レーザ光源２０は、レーザビームの断面強度分布が均一になるように平行ビームに為されたコヒーレントなレーザビーム光１を発光する。レーザビーム光源２０としては、例えば発するレーザビーム光１の光波長が６６０ｎｍの赤色半導体レーザが用いられる。
【００２７】
第１の空間光変調器２は、レーザビームの断面に沿って、所望の画像を形成している画像情報に基づいて光の強度、位相、又は偏光などの物理量を変化させるものであり、画像表示デバイスの代表的なものである。この第１の空間光変調器２に所望の画像情報を与えることによりこれらいずれかの物理量を変化させて、レーザビーム光１を空間光変調し、空間光変調されたレーザビーム３として出力することができる。
【００２８】
ここで、空間光変調されたレーザビーム３とは、前記所望の画像情報を物理量の変化として担持したレーザビームのことであり、このレーザビーム３で画像を可視的に表示することができる。
【００２９】
この空間光変調器は、空間光変調されたレーザビームを透過する透過型、空間光変調されたレーザビームを反射する反射型のものが周知であるが、ここでは透過型の空間光変調器を用いて説明する。この第１の空間光変調器２としては、例えば２５６×２５６ピクセル、グレー８階調の振幅変調を行うことのできる電気アドレス型光空間光変調器が用いられる。
【００３０】
第１のレンズ４は、空間光変調されたレーザビーム３を絞り第１のレンズ４の焦点面にフーリエ変換像を結び、第２の空間光変調器６に供給する機能を有する。第１のレンズ４としては、例えば焦点距離１００ｍｍの材質ＢＫ７の平凸レンズが用いられる。
【００３１】
第２の空間光変調器６は、空間フィルタの代表的なものであり、簡易なものとしてスリットを設けた空間フィルタが周知である。第２の空間光変調器６としては、例えば厚さ０．５ｍｍのステンレス板を用い、スリット（光の透過部）を設けたスリット板を形成する。このスリット形状としては、幅１ｍｍ、長さ３ｍｍの細長い孔（スリット）がスリット長手方向に２本並んで形成され、２本のスリットは最も近い部分が１ｍｍの間隔をおいて設けられている。以下、第２の空間光変調器６を空間フィルタ６と称する。空間フィルタ６は、機械的に回転させることはなく、スリット長手方向を所定角度方向に向けて固定して設けられ、到達した光を設けられたスリットに透過するために用いられる。
【００３２】
第２のレンズ７は、空間フィルタ６を透過させたフーリエ変換像を再度フーリエ変換前の像に戻して再結像させてエッジ処理された画像を得る機能を有する。第２のレンズ７としては、例えば焦点距離１００ｍｍの材質ＢＫ７の平凸レンズが用いられる。
【００３３】
カメラ９は、第２のレンズ７において再結像された像を撮像する。即ちカメラ９は、レーザビーム光１が照射されてからレンズ７を透過する一連の画像処理により得られたエッジが強調された画像をカメラ観察画像８として得るためのものである。カメラ９としては、例えば２５６×２５６ピクセル、グレー８階調のＣＣＤカメラが用いられる。
【００３４】
図示しない前処理手段は、第１の空間光変調器２に与える画像情報に予め画像を回転させる前回転処理を行い、第１の空間光変調器２に所望の角度方向に回転させた画像を表示するための画像情報を与える画像情報処理部材である。即ち前処理手段は、空間フィルタ６が固定されているため、空間フィルタ６が回転する代わりに第１の空間光変調器に予め前処理手段で回転させた像を照射させるために高速の電子的な処理により画像回転処理（前回転処理）を行う。
【００３５】
図示しない後処理手段は、第２のレンズ７で再結像されカメラ９で得られたカメラ観察画像８を回転させ、所望の向きの画像を得るためのものである。即ち後処理手段は、空間フィルタ６が固定されているため、空間フィルタ６が回転する代わりに第２のレンズ７で結像された像であるカメラ観察画像８を後処理して回転させ所望の向きを得るために高速の電子的な処理により画像回転処理（後回転処理）を行う。
【００３６】
このような前処理手段及び後処理手段としては、例えばユーザがプログラム書き込み可能なロジックデバイス（大規模集積回路）であるＦＰＧＡ（Field Programable Gate Array）を用いたハードウェア回路とＷｉｎｄｏｗｓ（登録商標）搭載のＰＣ（Personal Computer）上で動作するソフトウェアが適宜組み合わせて用いられる。これらのハードウェア回路、ＰＣ及びソフトウェアによる高速の電子的な処理（デジタル処理）を像に対して行うことにより、画像を回転させる処理を行うことが可能になる。
【００３７】
前処理手段及び後処理手段は、例示した上記のようなデジタル処理を行う機器に限るものではなく、ミラー、プリズム、光ファイバ等の光学部品を適宜組み合わせた光学的処理部材を形成して、画像の回転処理を行ってもよい。
【００３８】
次に、光学式画像処理装置の画像処理方法を説明する。
【００３９】
図示しない前処理手段は、エッジを強調させたい所望の画像情報より得られる画像を前回転処理により回転処理させる。光学式画像処理装置のエッジ強調角度は、任意に設定することができるが、ここでは４５度方向にエッジ強調を行う画像処理について説明する。前処理手段により前回転処理され予め４５度回転した所望の像（回転画像）は、画像表示デバイス２に表示される。
【００４０】
画像表示デバイス２に回転像の画像情報を与えることにより表示された回転像に、レーザビーム光源２０より発光されるレーザビーム光１が照射されることで光エネルギの一部が透過される。これは、レーザビーム光１が、空間光変調を行う画像表示デバイス２により空間光変調されたことに他ならない。
【００４１】
画像表示デバイス（第１の空間光変調器）２で空間光変調されたレーザビーム３は第１のレンズ４で絞られ、第１のレンズ４の焦点面において図示しないフーリエ変換像が結ばれる。第１のレンズ４の焦点面に設けられた空間フィルタ６は、焦点面に現れたフーリエ変換像の内の一部（則ち、像の或る領域のみ）を空間フィルタ６に設けられたスリットから透過させる。
【００４２】
従来の画像処理と異なり、空間フィルタ６は固定されており回転はしないが、前処理手段により予め４５度回転させた像が空間フィルタ６に到達している。このため、空間フィルタ６に到達したフーリエ変換像は、空間フィルタ６とは相対的に４５度の角度を為している。従って、空間フィルタ６のスリットをフーリエ変換像が透過することにより所望の角度４５度方向のエッジが強調された画像処理が従来と同様に得られる。
【００４３】
空間フィルタ（スリット板）６を透過させたフーリエ変換像は、第２のレンズ７により再結像させた後、この再結像させた像をカメラ９において撮影することでカメラ観察画像８が得られる。得られたこのカメラ観察画像８は、所望の角度のエッジが強調された画像である。しかし、前処理手段により予め４５度回転させた像がエッジ画像処理されているため４５度回転して傾いた像となっている。
【００４４】
この４５度傾いた像を回転させる前の正立画像にする必要があるため、図示しない後処理手段により、カメラ９で得られたカメラ観察画像８を−４５度回転させるのみの回転処理を行う。この回転処理で正立した所望の向きの画像を得られ、この画像は角度４５方向のエッジが強調された画像となっている。
【００４５】
０度、４５度、９０度の方向のエッジを強調したときの空間フィルタ６の状態、カメラ観察画像８などを図２に示す。
【００４６】
図２は、左から順番に強調させたいエッジ角度、前回転処理する前の画像情報による元画像、前処理手段により得られる前回転処理後の所望の回転画像、画像表示デバイス２に表示された画像の状態、空間フィルタ６の状態、得られたカメラ観察画像８、カメラ観察画像８を後処理手段により後回転処理して得られたエッジ強調画像を示し、上から順にエッジ角度が、０度、４５度、９０度であることを示している。
【００４７】
例えば、エッジ角度４５度の欄を横に辿って行く。角度４５度方向のエッジを強調させた画像を得たい場合には、図に示したように横長の元画像を、前処理手段において予め角度４５度回転させる前回転処理を行う。
【００４８】
この前回転処理された像が、そのままの向きで画像表示デバイス２に表示される。
【００４９】
画像表示デバイス２に表示された像に、レーザ光源２０から発光されるレーザビーム光１が照射される。照射されたレーザビーム光１は、画像表示デバイス２に表示された像を透過して空間光変調された後、レンズ４を介して空間フィルタ（スリット板）６にフーリエ変換像として達する。ここでは、空間フィルタ６は、スリット長手方向が図の鉛直方向に向いて固定されている。
【００５０】
空間フィルタ６のスリットを透過したフーリエ変換像は、４５度方向がエッジ強調されレンズ７を介して再結像され、カメラ観察画像８として得られる。このカメラ観察画像８は、空間フィルタ６に設けられたスリットと相対的に４５度回転している。
【００５１】
このカメラ観察画像８は、後処理手段により後回転処理されることにより、−４５度回転して所望の角度４５度方向のエッジが強調された画像処理が従来と同様に得られる。
【００５２】
斯様な一連の画像処理では、空間フィルタの機械的な回転が無いため、機械的な振動等による光軸のずれが生じず、精度良く処理された画像が得られる。
【００５３】
次にエッジ角度９０度の欄を横に辿って行く。角度９０度方向のエッジを強調させた画像を得たい場合には、これまで説明した方法と同様の画像処理を行う。元画像を前処理手段において予め角度９０度回転させる前回転処理を行った後、レーザ光源２０から発光されるレーザビーム光１により照射し、上記と同様の過程を辿ることで、空間フィルタ６に到達するフーリエ変換像は、空間フィルタに設けられたスリットと相対的に９０度回転したカメラ観察画像８となって得られる。
【００５４】
一連の処理により得られたこのカメラ観察画像８は、所望の角度９０度方向のエッジが強調された画像である。しかし、前処理手段により予め９０度回転させた像が画像処理されているため、９０度回転して傾いた像となっている。
【００５５】
この９０度傾いた像を回転させる前の正立画像にする必要があるため、図示しない後処理手段により、カメラ９で得られたカメラ観察画像８を−９０度回転させるのみの処理を行うので、正立した所望の向きの画像を得られ、この画像は角度９０方向のエッジが強調された画像となっている。
【００５６】
別の角度のエッジを強調させたい場合には、画像表示デバイス２に表示する画像を変更する。例えば、３０度の向きのエッジを強調したい時には、画像処理デバイス２に表示する画像は、元画像を前処理手段において３０度回転させた画像を生成して画像表示デバイス２に表示するとよい。
【００５７】
以上説明したこの光学式画像処理装置及び処理方法によれば、前処理手段及び後処理手段による電子的な画像の回転処理を行うので、従来のように空間フィルタであるスリットを機械的に回転させる必要がない。このため、回転時の振動による光軸のずれが発生せず、所望のエッジ角度の強調された画像を得られると云う優れた効果を発揮する。
【００５８】
また、空間フィルタ６として空間光変調器を使用することも必要ないので、画像表示デバイス２に用いる空間光変調器１つのみで画像処理システムを構成でき、比較的高価な光デバイスの使用個数を減らした低コストな光学式画像処理装置が実現できる優れた効果を発揮する。即ち、空間フィルタ６に空間光変調器を用いた従来の画像処理装置に比して、量産による原価低減効果を得やすいと云う利点がある。
【図面の簡単な説明】
【００５９】
【図１】本実施の形態である光学式画像処理装置の構成を示す構成図である。
【図２】本実施の形態である光学式画像処理方法の状態を示す状態図である。
【図３】従来の光学式画像処理装置の構成を示す構成図である。
【図４】従来技術の画像処理方法の状態を示す状態図である。
【符号の説明】
【００６０】
１  レーザビーム光
２  第２の空間光変調器（画像表示デバイス）
３  レーザビーム
４  第１のレンズ
６  第２の空間光変調器（空間フィルタ、スリット板）
７  第２のレンズ
８  カメラ観察画像
９  カメラ
２０  レーザ光源
【図１】
2005157079.tif 000003
【図２】
2005157079.tif 000004
【図３】
2005157079.tif 000005
【図４】
2005157079.tif 000006